12. HAFTA: Elektrik Enerjisi İletimi ve Dağıtımında Koruma Sistemleri

Elektrik Enerji Sistemlerinde Kullanılan Koruma Elemanları

Elektrik enerji iletim ve dağıtım sistemlerinin korunmasında, hata durumunda devreye girereksistemin ve dış faktörlerin zarar görmesini engelleyen koruma elemanları kullanılır. Korumaelemanlarının tür olarak seçiminde, kullanıldığı yerin elektriksel büyüklükleri etkili olduğu gibi,çevresel ve ekonomik şartlar da etkilidir. Koruma elemanları seçiminde ulusal ve uluslararasıstandartlara uygun eleman seçimi sistemin güvenilirliğine olumlu katkı yapacaktır. Yukarıdakitanımlamalar doğrultusunda, elektrik enerjisi iletim ve dağıtım koruma sistemlerinde kullanılanelemanlar basit yapıda olanlardan karmaşık yapıda olanlara doğru, aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Sigortalar

• Kuşkonmazlar

• Ark boynuzları

• Parafudurlar

• Paratonerler

• Röleler

Farklı yapıda koruma elemanları için tanımlanan röleler olarak adlandırılan grup, bir çok karmaşıkve kompleks koruma elemanını içine alır.

Sigortalar

Sigortalar elektrik devrelerinde, elektrik akımının fiziksel etkilerine karşı kasıtlı olarak zayıflatılmış,açma elemanı olarak tanımlanabilir. Sigortalar, kullanıldıkları devrede, öncelikle şebekeyi korumayıamaçlar. Yükün aşırı akımlara karşı korunması, ya da çarpılmalarda sigortaların görev yapmasıbeklenmemelidir. Sigortalar bu gibi durumlarda, ancak diğer açma elemanları açmayapmadığında, akım açma değerine ulaşırsa şebekeyi koruma adına sonradan devreye girerler.Sigortalar:

• Ergime telli sigortalar

• Otomatik sigortalar

olarak iki temel gruba ayrılır. Sigortalar, çabuk açma yapan ve gecikmeli açma yapan sigortalarolarak da sınıflandırılabilir. Bu özellik, eriyen telli sigortalarda kuartz kumunun termodinamikkatsayısından, otomatik sigortalarda ise açma sisteminin elektromekanik yapısındansağlanmaktadır. Sigortalar nominal akımın 3-5 katında ani açma yapan ve bu sebeple konutlar vb.yerlerde tercih edilen B tipi ile nominal akımın 5-10 katında ani açma yapan ve bu sebeple motordevreleri vb. yerlerde tercih edilen C tipi olarak piyasada bulunur.

Eriyen telli sigortalar sadece termik açma özelliğine sahip iken, otomatik sigortalarhem termik, hem de manyetik açma özelliğine sahiptir. Termik açma özelliğiakımdaki artışa bağlı olarak, açma süresini logaritmik bir değişimde azaltmaktadır.Akımdaki sigortanın etiket karakteristiğine bağlı belli bir artış oranından sonramanyetik açma özelliği devreye girerek termik açma özelliğine bağımlılığı ortadankaldırmaktadır.

Şekil 7.2’de termik manyetik açma özelliklerine sahip bir sigortanın açma grafiği görülmektedir. Sigortanınnominal akımına çok yakın bir üst değerde, termik açma akımı dakika mertebesinde bir sürede açmayapabilmektedir. Uzun sayılabilecek bu süreyi belirlemede, sigortanın bulunduğu dış çevre sıcaklığı daetkendir. Akımın 5. katına kadar termik açma süresi azalmaya devam ederken, sigortanın nominal akımının5 katında ani olarak manyetik açma özelliği devreye girmektedir. Böylece, termik algılamanın geç kalacağıani akım artışlarında manyetik açma özelliği sayesinde, daha yüksek düzeyde koruma sağlanmaktadır. Şekil7.3’te ergiyen telli ve otomatik sigortaların genel yapıları gösterilmiştir.

Şekil 7.4’te farklı yapıdaki sigortalar gösterilmiştir, inceleyiniz. Eriyen telli sigortaların farklı yapıda olanlarıolduğu gibi otomatik sigortaların da farklı yapıda olanları mevcuttur. Sigorta akımları 1 A ’den 1000 A veüzerinde değişik değerler alabilse de, şebekede kullanılan standart sigorta akımları 6, 10, 10, 20, 25, 32, 40,50, 63, 80, 100, 160, 200, 300, 400, 500 değerlerinde olmaktadır. Yüksek gerilimde kullanılan sigortalar yapıolarak diğer sigortalara benzemekle beraber, yalıtkan kısımların yüksek gerilimlere dayanıklı olması için özelyapıda olmaları zorunludur.

Kuşkonmazlar

Kuşkonmazlar elektrik enerji iletim ve dağıtımsistemlerinde, kuşlar tarafından,gerçekleştirilebilecek yalıtım hatalarının önünegeçme adına, açık havada bulunan iletken kısımlarınrisk oluşturan kısımlarına monte edilir. Riskoluşturan kısımlar genellikle, direk askı noktasını vetransformatör bağlantı noktasını oluşturan izolatörüst kısımlarıdır. Kuşkonmazlar, kuşların, ya dabıraktıkları atıkların sebep olabileceği fazlar arası vefaz-toprak arası yüksek gerilim deşarjlarını önlemekiçin kullanılır. Şekil 7.5’de mesnet izolatör üzerinetespit edilmiş kuşkonmaz görülmektedir.

Ark Boynuzu

Ark boynuzları, elektrik enerjisi iletim vedağıtım orta ve yüksek gerilim sistemlerindeoluşabilecek aşırı gerilimlerde atlama riskinekarşı oluşturulmuş zayıflatılmış atlamanoktalarıdır. Ark boynuzları, aşırı gerilimlerdeoluşabilecek atlamaları kendi üzerindengerçekleştirerek, diğer elektrik enerjisisistemlerinin zarar görmesini engeller. Busebeple ark boynuzları üzerinden atlamagerçekleşebilecek kısımların yangın ve patlamariskinin bulunmadığı yerler olarak seçilmesigerekir. Şekil 7.6’da zincir izolatör ile tesisedilmiş bir ark boynuzu görülmektedir.

Parafudurlar

Elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerinde, yıldırım veya ani açma gibi çok hızlı oluşan yüksekgerilim darbeleri için, ark boynuzları hava yalıtkanının iyonizasyonu ve delinmesi için gereken sürenedeniyle zamanında görev yapamayabilir. Bu sebeple, elektrik enerjisi iletim ve dağıtımsistemlerini istenmeyen aşırı gerilimlere karşı daha güvenli bir şekilde koruyan parafudurlarkullanılırlar. Parafudurlar, yüksek gerilim hat arızaları, yıldırım düşmeleri, kesici açması gibimanevralar sırasında meydana gelen aşırı gerilimlerde ya da uzak noktalardaki aşırı gerilimlersonucu enerji iletim ve dağıtım sistemlerinde meydana gelen yürüyen dalgalarda sistemi korurlar.Parafudurlar:

• Büyük akım darbelerini toprağa iletirler,

• İşletmeyi kesintiye uğratmaksızın elektrik enerjisinin devamlılığını sağlarlar,

• Ark boynuzlarına göre çok daha hızlı ve güvenilirdirler.

Normal durumda parafudurlar yalıtkandır. Parafudurlar, elektrik enerjisi iletim ve dağıtımsistemlerinde oluşan aşırı gerilimler ile iletken hale geçerek, toprağa deşarj akımı geçirmeksuretiyle, bu aşırı gerilimleri zararsız hale getirirler. Deşarj akımları sayesinde, işletme gerilimleriaşırı değerlere çıkma fırsatı bulamazlar. Sistem hatası sonlanıp, aşırı gerilim ortadan kalktığında,yani işletme gerilimi normal değerine indiğinde, parafudur üzerinden geçen deşarj akımısonlanarak tekrar yalıtkan hale geçer.

Parfudurlar, çoğunlukla, işletme geriliminin %105’i gibi oluşan aşırı gerilimlerde devreye girecekşekilde seçilirler. Alçak gerilim parafudrları için bu değer %110’a kadar çıkabilir. Şekil 7.7’deelektrik enerji iletim hattına bağlı bir parafudur ve iç yapısı görülmektedir.

Diğer yapı ya da birimlerdekine benzer şekilde, elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerinde de yıldırım aşırı gerilimlerinden korunmak için, bu gerilimleri toprağa deşarj edecek koruma sistemleri kullanılır. Bu sistemler,

• Paratoner,

• Faraday kafesi (özellikle trafo binalarında)

• Koruma hatları

olarak sıralanabilir.

Paratonerler ve faraday kafesleri, özellikle bina, kule, elektrik direkleri vb. doğrusalolamayan birimler için tercih edilir. Koruma iletkenleri ise, enerji iletim hatlarının üzerindedoğrusal olarak tesis edilirler. Paratoner kullanılan birçok yer için Franklin çubuğukullanmanın da, aynı koruma güvenliğini verdiği, son yıllarda deneysel olarak ispatlanmışolmakla beraber, sık yıldırım darbelerine maruz kalan yerlerde, fiziksel dayanıklılığınınfazla olması nedeniyle paratoner tercih etmek daha doğrudur. Koruma iletkenleri, normaliletkenlerden daha küçük kesitte olsalar da, yıldırım deşarjlarında tahrip olmayacakfiziksel dayanıklılığa sahip olmalıdır. Koruma iletkenleri mümkün olduğunca, her direktebir topraklanmalıdır. Demir direk kullanıldığında, iniş iletkeni kullanılmaksızın, direkgövdesi kullanılabilir.

Paratoner, faraday kafesi ve koruma hatlarına ait tesisatlar yılda bir kez kontrol edilerekyakalama uçlarının sağlamlığı ve paslanma olup olmadığı kontrol edilmelidir. Topraklamadirenci ölçülerek 10 ohm ( Ω )’un altında olup olmadığı test edilmelidir. Eğer 10 Ωdeğerinden yüksek ise, topraklama iyileştirilmelidir. İniş iletkenlerinin bağlantı noktalarıkontrol edilerek gevşek noktalar, yangına yol açmaması için sıkılmalıdır.

Şekil 7.8’de Franklin çubuğu, paratoner ve bir stadyum aydınlatma direğinde paratoner korumauygulaması, Şekil 7.9’da ise bir yapının faraday kafesi yardımıyla yıldırım deşarjlarına karşıkorunması, Şekil 7.10’da da elektrik enerji iletim hatlarının, koruma iletkeni yardımıyla yıldırımdeşarjlarına karşı korunması, görülmektedir. Şekil 7.9’da ayrıca Faraday kafesi uygulamasındatopraklama yönetmeliğine uygun olan 3 kazıklı topraklama sistemi gösterilmiştir.

KAYNAKLAR

[1] Doç. Dr. Süleyman Demir (ed.), Elektrik Enerjisi İletimi ve Dağıtımı(Eskişehir: Anadolu Üniversitesi, Açıköğretim Fakültesi,2013)